La mesure de la rapidité de la décroissance
Carte des périodes des noyaux
Cette carte des noyaux montre la gamme extraordinairement étendue des durées de vie. On trouve, le long de la ligne en noir, les noyaux stables ou ceux dont la période dépasse le milliard d’années. À l’inverse, les noyaux vivant une fraction de seconde (en rouge) sont situés en bordure du diagramme ou dans un groupe de noyaux lourds très instables autour de 130 neutrons et 85 protons. On trouve au-delà, un îlot de relative stabilité (en mauve) avec des noyaux plus stables dont la durée de vie s’échelonne entre un an et quelques milliards d’années. Les deux noyaux naturels les plus lourds, le Thorium-232, et l’uranium-238, sont les points noirs isolés dans l’îlot indiqués par une flèche.
NUCLEUS
La loi de décroissance radioactive a été formulée dès 1903 par Rutherford et son élève Soddy, 5 ans avant la mise en évidence, par Rutherford encore, de l’existence du noyau atomique. Mathématiquement, cette loi de décroissance est appelée exponentielle. Elle est caractérisée par une quantité appelée période radioactive ou demi-vie.
La “période” d’un noyau radioactif est une de ses principales caractéristiques. La période donne une idée de la rapidité de sa désintégration et du temps pendant lequel il faudra prendre en compte sa radioactivité. C’est une durée dont la valeur peut aller de la fraction de seconde au milliard d’années.
C’est ainsi que trois noyaux radioactifs naturels possèdent une période supérieure au milliard d’années (potassium-40, thorium-232 et uranium 238) alors que la période du polonium 214, un descendant de ce même uranium 238, n’est que de 0,16 milliseconde.
La « période » d’une espèce de noyau (appelé nucléide) est définie comme le temps au bout duquel subsiste la moitié des noyaux existant à un instant donné. C’est pourquoi on l’appelle aussi « demi-vie ». Elle ne dépend pas de l’instant choisi. La quantité de noyaux non désintégrés diminue très vite avec le nombre de périodes. Ainsi, pour voir diviser d’un facteur mille la radioactivité d’un échantillon, il faut attendre dix périodes.
Un nucléide dont la période est d’un million d’années subsistera un million de fois plus longtemps qu’un autre dont la période est d’une année, mais il sera en compensation un million de fois moins radioactif.
Les courts temps de vie correspondent à des noyaux qui se désintègrent facilement, les longs temps de vie à des noyaux qui ont une plus grande difficulté à le faire.
À tout instant, le nombre de désintégrations et le nombre de rayons émis sont en proportion des noyaux restants et diminuent de la même façon. Ceci permet de mesurer la période si la décroissance est rapide. En effet, alors qu’il est pratiquement impossible de compter des noyaux, il est possible de suivre, par exemple avec un compteur Geiger, l’évolution du rythme des désintégrations.
La période est une mesure commode de la rapidité de la décroissance, mais elle ne doit pas être confondue avec la durée de vie moyenne d’une espèce radioactive. Cette vie moyenne des noyaux, pour une décroissance radioactive simple, est mathématiquement égale à 1,443 fois la période.
Voir aussi :
Activité d’un radioélément
Carte interactive des noyaux NuDat2 (BNL) : half-life (période ou demi-vie)
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